无线通信装置和无线通信方法 技术领域 本发明主要涉及在包含信息终端的无线通信装置中对因自身的电路具有的频率 特性或非线形特性引起的失真分量进行校正的技术， 特别涉及毫米波段的无线通信装置及 无线通信方法。
背景技术 近年来， 在使用了毫米波段的无线通信领域中的 RF(Radio Frequency ： 射频 ) 电 路的 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit ： 单片微波集成电路 ) 化不断进 展。 但是， 在毫米波段等超高频带中， 设备能力劣化， 因而为了使包含频率特性、 线性中的至 少一个以上的电路特性良好， 需要流过大量电流， 从而存在导致功耗增加的倾向。
另一方面， 也有将毫米波段的 RF 电路搭载于小型的便携式信息终端的动向。因 此， 要求毫米波 RF 电路的低功耗化， 但若实行低功耗化， 则如上述的电路的频率特性、 线性 中的至少一个以上会劣化。 因此， 要确保良好的通信， 需要用于对因频率特性或非线性引起
的失真分量进行校正的失真校正技术。
作为失真校正技术的方法， 例如提出了下述结构， 即， 在自身的发送电路的最终级 设置方向性耦合器 (coupler)， 在接收系统的初级设置了开关， 以取出发送信号， 切换所取 出的发送信号和实际上接收到的接收信号 ( 例如， 参照专利文献 1)。
图 1 是专利文献 1 中记载的以往的无线装置的示意结构图。该无线装置是安装了 调制方式 A 和调制方式 B 的、 与多个频带及多种调制方式对应的多频带、 多模式的发送接收 机。并使用一个调制方式 A 的发送系统和一个调制方式 B 的接收系统进行说明。
在无线装置 10 中， 发送系统的结构包括 ： 预失真单元 11， 将输入信号和被反馈的 信号进行比较而对失真进行补偿 ； 数字 / 模拟 (D/A ： Digital to Analog( 数字至模拟 )) 变 换器 12， 将数字信号变换为模拟信号 ； 调制单元 13， 将由 D/A 变换器 12 生成的频率分量低 的信号变换为高频信号 ； 功率放大器 (PA ： Power Amplifier)14， 将高频信号放大到期望的 功率电平 ； 以及方向性耦合器 (CUP ： Coupler)15， 取出进行了放大的信号的一部分。
另外， 在无线装置 10 中， 接收系统的结构包括 ： 切换器 (SW ： Switch ； 开关 )16， 切 换通过的信号 ； 噪声指数小的放大器 (LNA ： Low Noise Amplifier)17 ； 解调单元 18， 从被传 输的信号解调为原信号 ； 以及模拟 / 数字 (A/D ： Analog to Digital( 模拟至数字 )) 变换器 19， 将模拟信号变换为数字信号。
以下说明上述那样构成的无线装置 10 的动作。在发送系统中， 由调制单元 13 进 行了调制的信号通过 PA14 后， 为了对所输入的信号的失真进行补偿， 通过 CUP15 将其分配 为使接收系统反馈的信号和直接发送的信号。
从 CUP15 分配给失真补偿用的信号经由接收系统的 SW16， 输出到 LNA17 后， 由解调 单元 18 进行解调。由于经解调的接收信号中包含失真分量， 所以预失真单元 11 将该接收 信号和原发送信号进行比较， 并提取发生了的失真分量， 将所提取的失真分量与输入的发 送信号进行相加而对失真进行补偿。由此， 能够进行去除了失真分量的高精度通信。这样， 通过采用专利文献 1 那样的无线装置结构， 根据通过了接收系统的反馈来 提取发送系统的失真分量， 并将提取出的失真分量与原信号相加， 从而能够补偿失真。
现有技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 特开 2009-055378 号公报 发明内容 发明要解决的问题
但是， 毫米波段中存在下述问题， 即， 因在 PA14 输出后使用 CUP15 而产生损耗， 所 以在天线端的输出功率电平降低。另外存在下述问题， 即， 在接收系统中， 在 LNA17 的前级 设置 SW16， 在这里也产生损耗， 所以使接收系统的总 NF(Noise Figure ： 噪声指数 ) 劣化。
进而， 在使用毫米波进行近距离通信 ( 例如假定 1cm ～ 1m) 时， 由于接收功率的动 态范围较大为约 40dB， 所以有时需要进行包含应对在各电路中的增益切换。 但是， 在专利文 献 1 的方法中存在下述问题， 即， 将发送信号折回到接收系统的情况下， 需要在某个一定的 电平下折回， 所以难以进行与各个接收功率匹配的失真补偿。
本发明的目的在于， 提供在具有通常发送接收模式和失真校正模式的无线通信装 置中， 能够在通常发送接收模式中不影响线路特性而良好地进行通信， 在失真校正模式中 将发送信号折回到接收系统， 提取因电路的窄带性或非线性引起的失真分量， 对失真进行 校正的无线通信装置及无线通信方法。
解决问题的方案
本发明的无线通信装置具有通常发送接收模式和失真校正模式， 所述无线通信装 置包括 ： 发送电路， 其具有从发送基带信号通过无线发送处理而生成高频信号的发送处理 电路和将所述高频信号放大的功率放大器 ； 发送天线， 发送由所述功率放大器进行了放大 的所述高频信号 ； 接收天线， 接收由所述发送天线进行了发送的所述高频信号 ； 接收电路， 其具有对由所述接收天线接收到的所述高频信号进行放大的低噪声放大器和对由所述低 噪声放大器进行了放大的所述高频信号进行解调而生成接收基带信号的接收处理电路 ； 失 真检测单元， 使用所述发送基带信号及所述接收基带信号， 检测失真分量 ； 调整单元， 调整 所述发送天线和所述接收天线之间的耦合量 ； 以及控制单元， 根据所述通常发送接收模式 和所述失真校正模式， 切换所述耦合量。
根据该结构， 在通常发送接收模式下不影响电路特性而良好地进行通信， 并且在 失真校正模式下将发送信号折回到接收系统， 提取因电路的窄带性或非线性引起的失真分 量， 能够校正失真。
本发明的无线通信装置还包括 ： 增益控制单元， 控制所述功率放大器及所述低噪 声放大器中的至少一方的增益， 所述控制单元根据由所述增益控制单元所设定的所述增 益， 控制所述耦合量， 以使从所述发送天线到所述接收天线的折回信号的强度为使所述接 收电路不发生失真的电平。
根据该结构， 能够调整从发送天线到接收天线的折回信号的强度， 所以即使在功 率放大器或低噪声放大器的特性发生了变化的状态下， 也能够进行调整以对于接收电路输 入所期望的接收功率。
本发明的无线通信装置在所述发送天线和所述接收天线之间配置接地 (GND)， 所 述调整单元具有无馈电元件 (passive element) 以及配置在所述 GND 和所述无馈电元件之 间的开关。
根据该结构， 通过在发送接收天线间配置无馈电元件及开关的简单结构， 能够在 失真校正模式下将发送信号折回到接收系统， 并且在通常发送接收模式下不影响电路特性 而良好地进行通信。
本发明的无线通信装置在所述发送天线和所述接收天线之间配置 GND， 所述耦合 量调整单元具有无馈电元件以及配置在所述 GND 和所述无馈电元件之间的可变电容。
根据该结构， 通过在发送接收天线间配置无馈电元件及可变电容的简单结构， 能 够在失真校正模式下将发送信号与接收功率匹配地折回到接收系统， 并且在通常发送接收 模式下不影响电路特性而良好地进行通信。
本发明的无线通信装置将所述发送天线的电场面与所述接收天线的电场面对向 地配置。
根据该结构， 通过将发送接收天线的电场面对向地配置， 能够经由无馈电元件而 将发送接收天线进行电磁场耦合， 所以能够将发送信号折回到接收系统。
本发明的无线通信装置中， 所述发送电路、 所述接收电路以及所述开关由 MMIC 构成。 根据该结构， 能够通过将 MMIC 安装在天线基板上而形成耦合量调整电路， 因而能 够低价地提供无线通信装置。
本发明的无线通信装置中， 所述发送天线使用多个天线元件来构成， 所述调整单 元使用多个移相器来构成， 所述多个移相器的各个移相器分别设置在所述多个天线元件和 所述功率放大器之间， 所述控制单元通过调整所述多个移相器的相位而对所述耦合量进行 控制。
根据该结构， 通过使用移相器而可改变发送天线的方向性， 因而能够切换从发送 天线到接收天线的折回信号的强度， 所以能够通过失真校正模式而将信号从发送天线折回 到接收天线， 并且能够通过通常发送接收模式， 不影响对电路特性而良好地进行通信。
本发明的无线通信方法适用于具有通常发送接收模式和失真校正模式的无线通 信装置， 所述无线通信方法包括 ： 从发送基带信号通过无线发送处理而生成高频信号 ； 放 大所述高频信号而生成发送信号 ； 发送所述发送信号 ； 接收所述发送信号而输出接收信 号； 放大所述接收信号 ； 对所放大的所述接收信号进行解调而生成接收基带信号 ； 使用所 述发送基带信号及所述接收基带信号， 检测失真分量 ； 调整发送天线和接收天线之间的耦 合量 ； 以及根据所述通常发送接收模式和所述失真校正模式， 切换所述耦合量。
根据该方法， 通过通常发送接收模式， 不影响电路特性而良好地进行通信， 并且通 过失真校正模式将发送信号折回到接收系统， 提取因电路的窄带性或非线性引起的失真分 量， 从而能够校正失真。
发明的效果
根据本发明， 在具有通常发送接收模式及失真校正模式的无线通信装置中， 通过 通常发送接收模式， 不电影响路特性而良好地进行通信， 并且通过失真校正模式将发送信 号折回到接收系统， 提取因电路的窄带性或非线性引起的失真分量， 从而能够校正失真。
附图说明 图 1 是以往的无线通信装置的示意结构图。
图 2 是表示本发明实施方式 1 的无线通信装置的主要结构的方框图。
图 3 是实施方式 1 的无线通信装置中与调整发送接收天线间的相互耦合量有关的 示意结构图。
图 4 是表示一例实施方式 1 的无线通信装置的耦合量调整的控制方法的图。
图 5 是实施方式 1 的无线通信装置中与调整发送接收天线间的相互耦合量有关的 另外的示意结构图。
图 6 是表示实施方式 1 的无线通信装置的主要结构的方框图。
图 7 是实施方式 1 的无线通信装置中与调整发送接收天线间的相互耦合量有关的 另外的示意结构图。
图 8 是表示本发明实施方式 2 的无线通信装置的主要结构的方框图。
图 9 是表示本发明实施方式 3 的无线通信装置的主要结构的方框图。
图 10 是表示一例实施方式 3 的阻抗调整电路的内部结构的图。
图 11 是表示一例实施方式 3 的无线通信装置的图。 标号说明 100、 200、 300、 400 无线通信装置 110 基带处理单元 111 失真检测单元 120 发送电路 121 无线发送处理单元 122 功率放大器 (PA ： Power Amplifier) 130、 210 发送天线 (Tx_ANT) 140 接收天线 (Rx_ANT) 150 接收电路 151 低噪声放大器 (LNA) 152 无线接收处理单元 160 增益控制单元 170、 230 耦合量控制单元 180、 220 耦合量调整电路 181 无馈电元件 182、 183 开关 190 接地 211-1 ～ 211-N 天线元件 221-1 ～ 220-N 移相器 310-1、 310-2、 420-1、 420-2 分支电路 320、 430 阻抗调整电路 321 放大器322 323 324 325 326 330输入传输线路 输出传输线路 晶体管 漏极端子 栅极端子 阻抗控制单元具体实施方式
以下， 参照附图详细说明本发明的实施方式。
( 实施方式 1)
图 2 是表示本实施方式的无线通信装置的主要结构的方框图。另外， 本实施方式 的无线通信装置 100 具有通常发送接收模式和失真校正模式。
基带 (BB ： Baseband) 处理单元 110 生成发送基带信号， 并将所生成的发送基带信 号输出到发送电路 120。 另外， 基带处理单元 110 计算后述的数字区域的接收基带信号的接 收功率， 并将计算出的接收功率输出到增益控制单元 160。 发 送 电 路 120 具 有 无 线 发 送 处 理 单 元 121 及 功 率 放 大 器 (PA ： Power Aplifier)122。
无线发送处理单元 121 对发送基带信号进行包含 D/A( 数字至模拟转换器 ) 变换、 调制、 上变频中的至少一个以上的无线发送处理， 将其变换为高频信号。
PA122 放大高频信号。
发送天线 (Tx_ANT)130 发送由 PA122 进行了放大的高频信号。
接收天线 (Rx_ANT)140 接收由发送天线 130 发送且经由无线传播路径到达的高频 信号。
接收电路 150 具有低噪声放大器 (LNA)151 及无线接收处理单元 152。
LNA151 放大由接收天线 130 接收到的高频信号。
无线接收处理单元 152 对由 LNA151 进行了放大的高频信号进行包含解调、 下变 频、 A/D( 模拟至数字 ) 变换中的至少一个以上的无线接收处理， 并将其变换为接收基带信 号。
失真检测单元 111 检测接收基带信号的失真分量。作为失真分量的检测方法， 例 如， 将发送基带信号和接收基带信号进行比较， 检测差分作为失真分量。另外， 接收基带信 号的失真分量的检测方法并不限于此， 例如， 也可以检测作为含有 ACLR(Adjacent Channel Leakage Power Ratio ： 相邻信道泄漏功率比 ) 的失真分量。另外， 在图 2 中表示了失真检 测单元 111 位于基带处理单元 110 的内部的结构例， 但失真检测单元 111 也可以设置在基 带处理单元 110 的外部。
进而， 失真检测单元 111 将对应于检测出的失真分量的校正量与发送基带信号相 加， 对失真进行补偿。
增益控制单元 160 基于接收基带信号的接收功率， 控制 PA122 及 LNA151 的增益模 式。具体而言， 增益控制单元 160 将 PA122 及 LNA151 的增益模式控制为高增益模式或低增 益模式中的任一方， 以保持 LNA151 或无线接收处理单元 152 的线性。另外， 增益控制单元
160 将控制后的 PA122 及 LNA151 的增益模式的信息输出到耦合量控制单元 170。
耦合量控制单元 170 根据通常发送接收模式和失真校正模式中的任一模式， 切换 耦合量调整电路 180 的耦合量。例如， 耦合量控制单元 170 将指示通常发送接收模式或失 真校正模式中的哪一种模式的动作模式信号 ( 未图示 ) 作为输入， 根据输入的动作模式信 号， 切换耦合量调整电路 180 的耦合量。
进而， 失真校正模式中， 耦合量控制单元 170 基于 PA122 及 LNA151 的增益模式， 控 制耦合量调整电路 180 的耦合量。具体而言， 耦合量控制单元 170 基于 PA122 及 LNA151 的 增益模式， 决定耦合量调整电路 180 的耦合量。而且， 耦合量控制单元 170 生成用于表示所 决定的耦合量 ( 目标耦合量 ) 的控制信号， 并将所生成的控制信号输出到耦合量调整电路 180。在后面叙述有关目标耦合量的决定方法。
耦合量调整电路 180 基于从耦合量控制单元 170 输出的控制信号， 调整发送天线 130 和接收天线 140 之间的耦合量。在后面叙述耦合量调整电路 180 中的耦合量的调整方 法。
GND190 是连接到耦合量调整电路 180 的接地 (Ground ： GND)， GND190 配置在发送 天线 130 和接收天线 140 之间。
在以上那样构成的无线通信装置 100 中， 由发送电路 120( 无线发送处理单元 121 及 PA122) 及发送天线 130 构成发送系统， 由接收天线 140 及接收电路 150(LNA151 及无线 接收处理单元 152) 构成接收系统。
接着， 说明本实施方式的无线通信装置 100 的动作。
在发送系统中， 由基带处理单元 110 所生成的发送基带信号， 被无线发送处理单 元 121 从数字区域变换为模拟区域的信号之后， 变换为高频信号。另外， 变换出的高频信号 由 PA122 放大后， 从发送天线 130 辐射。
另一方面， 在接收系统中， 由接收天线 140 接收到的高频信号， 被 LNA151 放大， 放 大后的高频信号在无线接收处理单元 152 中， 被进行下变频， 其后从模拟区域被变换为数 字区域的接收基带信号。另外， 经变换的接收基带信号在基带处理单元 110 中被进行信号 处理。
这里， 一般来说， 各电路具有频率特性及非线性特性。 因此， 若使信号通过， 则产生 信号失真。接收基带信号中就会包含由发送系统及接收系统的各电路产生的失真分量， 在 这样的状态下作为无线通信装置 100 的性能就会产生劣化。
因此， 无线通信装置 100 中， 为了对这些性能劣化进行校正， 设置将接收基带信号 和原发送基带信号进行比较而检测失真分量的失真检测单元 111， 失真检测单元 111 将提 取出的失真分量与发送基带信号相加而对失真进行补偿。
这样， 无线通信装置 100 通过将高频信号从发送系统折回到接收系统， 将对被折 回的高频信号的接收基带信号和发送基带信号进行比较， 从而检测失真分量。
另外预想到， 在使用了毫米波段的近距离通信中， 若通信距离从 1cm 到 1m 为止变 化， 则在这样的状态下由于接收功率的动态范围有 40dB， 所以 LNA51 或无线接收处理单元 152 中包含的解调电路的线性不充分， 信号就会产生失真。在判断为接收功率足够大的情 况下， 增益控制单元 160 进行控制以降低 PA122 或 LNA151 的增益。这样， 进行控制以保持 LNA151 或无线接收处理单元 152 的线性。接着， 说明用于提取自身的电路具有的失真分量的、 从发送系统到接收系统的信 号的折回方法。本方法， 在时分双工 (TDD ： Time Division Duplex) 方式中是有效的。
在通常发送接收模式中， 例如， 通过发送时关掉接收系统的电源， 在接收时关掉发 送系统的电源， 从而能够消除包含发送接收间干扰的影响。反之， 在失真校正模式中的、 不 进行数据的发送或接收的期间 ( 例如发送数据的前置码期间 )， 将发送接收系统同时接通 (ON)。 由此， 对于通常发送接收模式中所需要的发送系统及接收系统， 无需设置用于信号折 回的附加电路， 对从发送天线 130 辐射的信号通过接收天线 140 接收并进行解调， 失真检测 单元 111 能够使用所获得的接收基带信号检测失真分量。
在本实施方式中， 通过耦合量控制单元 170， 调整发送天线 130 和接收天线 140 之 间的耦合量， 以使接收到的高频调制信号在 LNA151 或无线接收处理单元 152 中不产生失真 的电平。
这里， 在例如使用了毫米波段的近距离通信中， 由于空间中的传播损耗较大， 所以 若无线通信装置 100 要覆盖通信距离从 1cm 至 1m， 则作为接收系统需要 40dB 的动态范围。 因此， PA122 或 LNA151 在高增益的状态中通信距离变近时， 接收功率变大， 在 LNA151 或无 线接收处理单元 152 中产生信号的失真。因此， 在通信距离非常近的情况下， 有时需要通过 低增益模式 (Low) 使 LNA151 动作而减小 LNA151 的增益的控制、 或者减小 PA122 的发送功 率的控制。 另外， 若通过低增益模式 (Low) 使 PA122 或 LNA151 动作， 或者减小 PA122 的发送 功率， 则电路的特性本身改变， 而且因电路产生的失真分量也发生变化。因此， 为了进行电 路的失真校正， 需要在 PA122 或 LNA151 为高增益模式 (High)、 低增益模式 (Low) 的各模式 下进行评价。
另一方面， 在从发送天线 130 辐射的信号通过接收天线 140 接收的情况下， 接收功 率由发送天线 130 和接收天线 140 之间的相互耦合来决定。这里， 一般， 如果天线形状是固 定的， 则相互耦合量恒定。另外， 即使在低增益模式中从发送天线 130 折回到接收天线 140 的信号强度是 LNA151 不失真的电平， 在高增益模式中至 LNA151 的输入功率较大。因此， 例 如， 在 LNA151 为高增益模式及低增益模式的各个模式中， 要提取失真分量的情况下， 发生 下述问题， 即， 在 LNA151 或其后级的无线接收处理单元 152 中信号出现失真。
因此， 在本实施方式中， 如图 2 所示， 在发送天线 130 和接收天线 140 之间设置耦 合量调整电路 180， 通过该耦合量调整电路 180 调整发送接收天线间的相互耦合量。由此， 无线通信装置 100 无论 LNA151 处于高增益模式或低增益模式中的哪一模式， 都能够使接收 到的高频信号不失真而进行解调并提取原来的失真分量。下面详细地说明该点。
图 3 是与发送接收天线间的相互耦合量的调整有关的示意结构图。
耦合量调整电路 180 具有无馈电元件 181、 以及配置在 GND190 和无馈电元件 181 之间的开关 182、 183。另外， 在图 3 中， 发送天线 130 及接收天线 140 内的箭头表示电场面， 如图 3 所示， 发送天线 130 及接收天线 140 使相互的电场面 (E 面 ) 对向而配置。由此， 如 后所述， 经由无馈电元件 181， 发送接收天线能够电磁场耦合， 所以能够将高频信号从发送 系统折回到接收系统。
GND190 以包围发送天线 130 及接收天线 140 的周围的方式配置。另外， GDN190 的 至少一部分配置在发送天线 130 和接收天线 140 之间即可。
无馈电元件 181 配置在发送天线 130 和接收天线 140 的中间， 以隔开 GND190。
开关 182、 183 配置在无馈电元件 181 的两端和 GND190 之间。
以下， 说明通常发送接收模式、 失真校正模式的各模式中的耦合量调整电路 180 的动作。另外， 以下说明使用贴片天线 (patch antenna)1 元件构成的发送天线 130 及接收 天线 140。
例如， 在通常发送接收模式中， 耦合量控制单元 170 使开关 182、 183 处于接通状 态、 即、 使无馈电元件 181 和 GND190 电短路。 由于无馈电元件 181 也成为 GND190 的一部分， 所以变成在发送天线 130 及接收天线 140 的各个天线的周围配置了 GND190 的状态。PA122 及 LNA151 的动作模式无论为 “高、 低 (High、 Low)” 中的哪一个， 耦合量控制单元 170 都使 开关 182、 183 为接通状态。
另一方面， 失真校正模式下的、 PA122 及 LNA151 为 “高” 模式中启动了发送接收的 电源时， 开关 182、 183 为接通的状态中发送天线 130 和接收天线 140 之间的耦合量被调整 为使 LNA151 不发生失真。
进而， PA122 及 LNA151 中的至少一方为 “低” 模式中， 通信距离较近。因此， 需要 与 Low 模式相匹配， 提高从发送系统至接收系统的折回信号的强度。因此， 耦合量控制单元 170 使开关 182、 183 为截止状态， 以使发送天线 130 和接收天线 140 的耦合量增强。在耦 合量控制单元 170 使开关 182、 183 为截止状态， 即、 使无馈电元件 181 及 GND190 电开路的 情况下， 无馈电元件 181 与发送天线 130 及接收天线 140 分别进行电磁场耦合。因此， 无馈 电元件 181 起到导波器的作用， 起了增强发送天线 130 和接收天线 140 的相互耦合的作用。 由此， 能够提高从发送系统至接收系统的折回信号的强度。
图 4 是表示通常发送接收模式、 失真校正模式的各模式中的开关的动作条件的图。 另外， 如上所述， 发送天线 130 和接收天线 140 将 E 面对向配置。 这是因为， 通过使 E 面对向配置， 使无馈电元件 181 作为导波器动作的情况下， 增强发送接收天线和无馈电元 件 181 之间的耦合。但是， 不需要像 E 面那样的强度的耦合度的情况下， 也可以为 H 面 ( 磁 场面 ) 对向配置。
如上所述， 根据本实施方式， 失真检测单元 111 使用发送基带信号及接收基带信 号， 检测失真分量， 耦合量调整电路 180 调整发送天线 130 和接收天线 140 之间的耦合量， 耦合量控制单元 170 由通常接收发送模式和失真校正模式， 切换耦合量。由此， 无线通信 装置 100 通过通常发送接收模式， 能够对包含损耗的电路特性不造成影响而良好地进行通 信。另外， 无线通信装置 100 通过失真校正模式将发送信号折回到接收系统， 提取由电路的 窄带性或非线性引起的失真分量， 从而能够进行失真校正。另外， 在本实施方式中， 对于通 常发送接收模式中需要的发送系统及接收系统， 不需要设置信号折回用的附加电路， 所以 能够避免因附加电路产生的通过损耗。
另外， 耦合量控制单元 170 基于由增益控制单元 160 所设定的 PA122 及 LNA151 的 增益模式中的、 至少一方的增益模式的信息， 控制耦合量调整电路 180 的耦合量， 以使从发 送系统至接收系统的折回信号的强度为使接收电路 150 不产生失真的电平。这样， 能够调 整从发送天线 130 折回到接收天线 140 的信号的强度， 所以即使在 PA122 或 LNA151 的特性 发生了变化的状态下， 也能够调整折回信号的强度， 以对接收电路 150 输入所期望的接收
功率。 其结果， 通过提取并校正各电路的实际动作状态中的失真分量， 能够提供接收质量特 性良好的无线通信装置。
另外， 在以上的说明中， 举例说明了帖片天线作为天线元件， 但并不限于此， 只要 是通过单体而作为天线进行工作的形状即可。
图 5 是表示与作为其他的天线元件的例子使用了偶极天线的发送接收天线间的 相互耦合量的调整有关的示意构造图。图 5 与图 3 的不同之处在于， 分别使用偶极天线构 成发送天线 131 和接收天线 141。对于其他的结构要素， 与图 3 所示的、 使用帖片天线 1 元 件构成的发送天线 130 及接收天线 140 同样， 所以省略其说明。
一般地， 对于如八木天线那样的辐射器， 在排列导波器、 以及包含反射器的无馈电 元件而使其具有方向性的结构中， 优选使导波器、 反射器对辐射器的距离约保持 1/4 波长 左右。但是， 在本实施方式中， 主要目标并不是使其具有方向性， 主要目标在于提高发送天 线 131 和接收天线 141 的耦合度或者可改变耦合度。因此， 作为辐射器的发送天线 131、 接 收天线 141 与起导波器作用的耦合量调整元件 180 之间的间隔并没有特别地规定， 根据需 要的耦合量， 设定间隔即可。
另外， 不言而喻， 除了偶极天线以外， 例如即使采用单极天线或开槽天线 (slot antenna) 也具有同样的效果。 另外， 在以上的说明中， 说明了使用开关 182、 183 作为耦合量调整电路 180 的结构 要素的结构， 但并不特别限定开关 182、 183 的结构， 开关 182、 183 也可以使用分立部件来构 成。 例如， 如图 6 所示， 也可以将耦合量调整电路 180 中的、 开关 182、 183 与其他的电路构成 在同样的 MMIC 上。由此， 例如， 通过将 MMIC 安装在天线基板上， 能够构成耦合量调整电路 180， 无需在天线基板上另外安装开关 182、 183， 能够减少零部件件数， 并能够提供廉价的无 线通信装置。
另外， 在以上的说明中， 说明了耦合量调整电路 180 使用开关 182、 183 而可改变耦 合量的结构， 但也可以例如使用可变电容取代开关 182、 183 而可改变耦合量。在使用可变 电容的结构中， 能够连续地使电容值变化， 所以能够使耦合量连续地变化。
另外， 在以上的说明中， 说明了发送天线 130 及接收天线 140 分别为 1 元件的结 构， 但不言而喻， 发送接收天线也可以分别阵列化。以图 7 为例， 其表示与发送接收天线间 的相互耦合量的调整有关的另外的示意结构图。图 7 的例子是分别使用 4 元件阵列而构成 发送接收天线的例子。如图 7 所示， 使用 4 元件阵列而构成发送接收天线时， 通过在面对面 ( 对向 ) 的发送天线 130 及接收天线 140 的两元件之间分别设置耦合量调整电路 180 而调 整发送接收天线间的耦合量， 从而能够获得与上述同样的效果。 进而， 在相对向的发送天线 130 及接收天线 140 的两元件中的任一方之间设置耦合量调整电路 180 的结构中， 也能够调 整发送接收天线间的耦合量。
( 实施方式 2)
在实施方式 1 中， 使用开关或可变电容作为耦合量调整电路， 调整了发送接收天 线间的相互耦合量。 在本实施方式中， 说明使用移相器作为耦合量调整电路， 调整发送接收 天线间的相互耦合量的结构。
图 8 是表示本实施方式的无线通信装置的主要结构的方框图。另外， 在图 8 的无 线通信装置 200 中， 对与图 2 的无线通信装置 100 共同的结构部分， 赋予与图 2 相同的标
号， 并省略其说明。相对于图 2 的无线通信装置 100， 图 8 的无线通信装置 200 具有发送天 线 210、 耦合量控制单元 230 以及耦合量调整电路 220 以代替发送天线 130、 耦合量控制单 元 170 以及耦合量调整电路 180。
发送天线 210 是包括 N(N 为 2 以上的整数 ) 个的天线元件 211-1 ～ 211-N 的结构。 另外， 以下， 对 N ＝ 4， 发送天线 210 包括 4 个天线元件 211-1 ～ 211-4 的结构进行说明。
耦合量调整电路 220 是包括 N(N 为 2 以上的整数 ) 个的移相器 221-1 ～ 221-N 的 结构。移相器 221-k(k ＝ 1、 2、 ......、 N) 的各个移相器分别设置在多个天线元件 211-k 和 PA122 之间。
耦合量控制单元 230 通过通常发送接收模式和失真校正模式， 切换耦合量调整电 路 220 的移相器 221-k(k ＝ 1、 2、 ......、 N) 的相位量。例如， 耦合量控制单元 230 将指示 通常发送接收模式或失真校正模式中的哪一种模式的动作模式信号 ( 未图示 ) 作为输入， 根据输入的动作模式信号， 调整耦合量调整电路 220 的移相器 221-k(k ＝ 1、 2、 ...， N) 的相 位。这样， 通过调整耦合量调整电路 220 的移相器 221-k(k ＝ 1、 2、 ......、 N) 的相位， 控制 方向性， 其结果， 发送接收天线间的耦合量得到调整。
进而， 在失真校正模式中， 耦合量控制单元 230 基于 PA122 及 LNA151 的增益模式， 控制耦合量调整电路 220 的移相器 221-k(k ＝ 1、 2、 ......、 N) 的相位。 具体而言， 耦合量控 制单元 230 基于 PA122 及 LNA151 的增益模式， 决定耦合量调整电路 220 的移相器 221-k(k ＝ 1、 2、 ......、 N) 的相位。另外， 耦合量控制单元 230 生成用于表示所决定的相位 ( 目标 相位 ) 的控制信号， 并将所生成的控制信号输出到耦合量调整电路 220。 在后面叙述有关目 标相位的决定方法。
这 样， 在 本 实 施 方 式 中， 耦 合 量 控 制 单 元 230 通 过 调 整 移 相 器 221-k(k ＝ 1、 2、 ......、 N) 的相位， 控制方向性， 从而调整发送接收天线间的耦合量。也就是说， 根据方 向性， 从发送天线 130 至接收天线 140 方向的辐射电波的强度发生改变， 所以耦合量控制单 元 230 控制移相器 221-k(k ＝ 1、 2、 ......、 N) 的相位， 以使从发送天线 130 至接收天线 140 的折回信号的强度为使接收电路 150 不产生失真的电平。这样， 无线通信装置 200 能够调 整从发送天线 130 折回到接收天线 140 的信号的强度， 所以即使在 PA122 或 LNA151 的特性 发生了变化的状态下， 也能够进行调整以对接收电路 150 输入所期望的接收功率。
例如， 若对 4 个天线元件 211-1 ～ 211-4 以同相进行馈电， 则对于 4 元件的排列方 向能够获得对称的方向性。另一方面， 若对四个移相器 221-1 ～ 221-4 附加相位差， 则由 4 元件构成的发送天线 130 的最大辐射方向对于元件排列方向倾斜 (tilt)， 所以也能够改变 从发送天线 130 观察时的向接收天线 140 方向的辐射电波的强度。另外， 天线元件数 N 越 多， 越能够控制方向性， 所以越能够调整从发送天线 130 至接收天线 140 方向的辐射电波的 强度。另外， 天线元件间隔越近， 由于天线元件间的相互耦合量变大， 所以对方向性造成的 影响变大。
如上所述， 根据本实施方式， 使用 N(N ＝ 4) 个的天线元件 211-1 ～ 211-N 构成发 送天线 130， 使用 N 个的移相器 221-1 ～ 221-N 构成耦合量调整电路 220， 移相器 221-k(k ＝ 1、 2、 ......、 N) 的各个移相器分别设置在 N 个的天线元件 211-k 和 PA122 之间， 耦合量 控制单元 230 通过调整 N 个移相器 221-1 ～ 221-N 的相位， 控制方向性， 从而调整发送天线 130 和接收天线 140 之间的耦合量。 由此， 对于具有通常发送接收模式及失真校正模式的无线通信装置 200， 通过通常发送接收模式能够对包含失真的电路特性不造成影响而良好地 进行通信。 另外， 通过失真校正模式将发送信号折回到接收系统， 提取由电路的窄带性或非 线性引起的失真分量， 从而能够进行失真校正。
另外， 耦合量控制单元 230 通过调整移相器 221-1 ～ 221-N 的相位而控制发送天 线 130 的方向性， 从而能够将发送天线 130 和接收天线 140 之间的相互耦合量设定为所期 望的值。由此， 无线通信装置 200 即使在 PA122 或 LNA151 的特性发生了变化的状态下， 也 能够进行调整以对接收系统输入所期望的接收功率。因此， 由于能够提取并校正各电路的 实际动作状态中的失真分量， 所以能够提供接收质量良好的无线通信装置。
另外， 在以上的说明中， 说明了发送天线 130 的结构为使用了 4 元件阵列的例子， 只要元件数为 2 元件以上， 可以为任何数量的元件。另外， 对于接收天线 140 也同样地构成 为 N(N 为 2 以上的整数 ) 元件阵列时， 在发送和接收双方能够控制方向性， 所以能够进一步 增加相互耦合量的调整宽度。
( 实施方式 3)
在实施方式 1 及实施方式 2 中， 通过调整发送接收天线间的相互耦合量， 使发送信 号从发送系统折回到接收系统。在本实施方式中， 通过调整发送系统和接收系统之间的阻 抗， 使发送信号从发送系统折回到接收系统。
图 9 是表示本实施方式的无线通信装置的主要结构的方框图。 另外， 在图 9 的无线 通信装置 300 中， 对与图 2 的无线通信装置 100 共同的结构部分， 赋予与图 2 相同的标号， 并省略其说明。对于图 2 的无线通信装置 100， 图 9 的无线通信装置 300 采用下述结构， 即， 去除耦合量控制单元 170 及耦合量调整电路 180， 追加了分支电路 310-1、 310-2、 阻抗控制 单元 330 以及阻抗调整电路 320。
分支电路 310-1 具有输入端子、 第 1 输出端子以及第 2 输出端子， 并插入在 PA122 和发送天线 130 之间。另外， 对输入端子输入由 PA122 放大的高频信号， 第 1 输出端子连接 到发送天线 130， 第 2 输出端子连接到阻抗调整电路 320。
分支电路 310-2 具有第 1 输入端子、 第 2 输入端子以及输出端子， 并插入在接收天 线 140 和 LNA151 之间。对第 1 输入端子输入由接收天线 140 接收到的高频信号， 第 2 输入 端子连接到阻抗调整电路 320， 输出端子连接到 LNA151。
阻抗调整电路 320 插入在分支电路 310-1 和分支电路 310-2 之间， 根据从后述的 阻抗控制单元 330 输出的控制信号， 调整阻抗。
阻抗控制单元 330 根据通常发送接收模式和失真校正模式， 控制阻抗调整电路 320 的阻抗。 例如， 阻抗控制单元 330 将指示通常发送接收模式或失真校正模式中的哪一种 模式的动作模式信号 ( 未图示 ) 作为输入， 根据所输入的动作模式信号， 切换阻抗调整电路 320 的阻抗。
具体而言， 阻抗控制单元 330 在通常发送接收模式中， 调整阻抗调整电路 320 的阻 抗， 以使从发送系统的分支电路 310-1 及接收系统的分支电路 310-2 来看， 被连接到阻抗调 整电路 320 的分支电路 310-1 的输出端子及分支电路 310-2 的第 2 输入端子可认为是 “开 路” (OPEN)。由此， 能够避免发生分支电路 310-1、 310-2 中的通过损耗， 实现良好的通信。
另一方面， 在失真校正模式中， 阻抗控制单元 330 调整阻抗调整电路 320 的阻抗， 以使从 PA122 输出的信号经由分支电路 310-1、 阻抗调整电路 320、 分支电路 310-2 而输入到 LNA151。由此， 能够将高频信号从发送系统折回到接收系统。下面详细地说明这方面。
图 10A 是表示一例阻抗调整电路 320 的内部结构的图。阻抗调整电路 320 具有放 大器 (PA)321、 输入传输线路 322 以及输出传输线路 323。在本实施方式中， 例如， 以 PA321 使用了晶体管的结构为例进行说明。图 10B 是构成 PA321 的晶体管 324 的结构例。在图 10B 中， 晶体管 324 具有漏极端子 325、 栅极端子 326。
阻抗控制单元 330 通过对晶体管 324 的漏极端子 325 及栅极端子 326 施加规定的 偏置电压， 使晶体管 324 工作在饱和区域， 从而晶体管 324 进行放大动作 ( 导通状态 )。反 之， 如果阻抗控制单元 330 对漏极端子 325、 栅极端子 326 的其中一方或双方不施加偏置电 压， 则晶体管 324 就不进行作为放大器的动作 ( 截止状态 )。
晶体管 324 的导通状态和截止状态下输入输出的阻抗分别不同。因此， 通过在分 支电路 310-1 上连接输入传输线路 322， 调整上述输入传输线路 322 的长度， 对于在不施加 栅极偏置电压或漏极偏置电压的其中一方或双方而使晶体管 324 处于截止状态的情况下 的输入阻抗， 能够调整特性阻抗。由此， 在从分支电路 310-1 和输入传输线路 322 的连接点 观察阻抗调整电路 320 的情况下， 能够将阻抗视为无限大。
同样， 在分支电路 310-2 上连接输出传输线路 323， 调整上述输出传输线路 323 的 长度， 对于在使晶体管 324 处于截止状态的情况下的输出阻抗， 能够调整特性阻抗。由此， 从分支电路 310-2 和输出传输线路 323 的连接点来看阻抗调整电路 320 的情况下， 几乎能 够认为阻抗无限大。 因此， 在本实施方式中， 假设在通常发送接收模式中， 阻抗控制单元 330 使晶体管 324 处于截止状态。 由此， 从分支电路 310-1、 310-2 中的任一电路都对阻抗调整电路 320 不 传输信号， 发送系统中从 PA122 输出的高频信号都被输入到发送天线 130， 接收系统中由接 收天线 140 接收到的高频信号都被输入到 LNA151。 其结果， 在通常发送接收模式中， 不产生 通过损耗， 能够良好地进行通信。
另一方面， 假设在失真校正模式中， 阻抗控制单元 330 使晶体管 324 处于导通状 态。由此， 由于使晶体管 324 的输入输出阻抗从截止状态开始变化， 在从分支电路 310-1、 310-2 的各个分支电路观察阻抗调整电路 320 的情况下， 阻抗不是无穷大， 则发送系统中从 PA122 输出的高频信号的一部分就传输到阻抗调整电路 320。
进而， 从 PA122 输出的高频信号的一部分就通过阻抗调整电路 320 及分支电路 310-2 被输入到 LNA151， 所以失真检测单元 111 能够校正失真。
另外， 阻抗控制单元 330 也可以调整晶体管 324 的漏极端子 325、 栅极端子 326 中 的一方或双方的偏置电压条件。通过调整偏置电压条件， 可改变作为 PA321 的增益。这 样， 阻抗控制单元 330 通过使晶体管 324 导通 / 截止， 并调整偏置电压条件， 由此能够改变 从发送系统至接收系统的折回信号的强度， 在使用高增益模式或低增益模式而使 PA122 或 LNA151 动作的各种状态中校正失真。
如上所述， 根据本实施方式， 在发送系统的 PA122 的输出级及接收系统的 LNA151 的输入级分别设置分支电路 310-1、 310-2， 在分支电路 310-1、 310-2 之间设置阻抗调整电 路 320， 阻抗控制单元 330 根据通常发送接收模式和失真校正模式， 改变阻抗调整电路 320 的阻抗条件。具体而言， 阻抗控制单元 330 在通常发送接收模式中， 对阻抗进行调整以等同 于未附加阻抗调整电路 320 的状态， 避免发送接收中的损耗。另外， 阻抗控制单元 330 在
失真校对模式中， 经由阻抗调整电路 320， 对阻抗进行调整以使发送信号从发送系统折回到 接收系统。由此， 在具有通常发送接收模式及失真校正模式的无线通信装置 300 中， 通过通 常发送接收模式能够不影响包含损耗的电路特性而良好地进行通信。另外， 通过失真校正 模式将发送信号从发送系统折回到接收系统， 提取由电路的窄带性或非线性引起的失真分 量， 从而能够进行失真校正。
例如， 在阻抗调整电路 320 使用了晶体管的结构中， 阻抗调整电路 320 通过通常发 送接收模式和失真校正模式， 对晶体管进行导通 / 截止控制， 从而切换阻抗。
另外， 阻抗调整电路 320 具有 PA321、 输入传输线路 322、 输出传输线路 323， 输入传 输线路 323 及 / 或输出传输线路 323 在分支电路 310-1 及 / 或分支电路 310-2 与 PA321 之 间相对接地保持电位的状态下排列。另外， 通过调整输入传输线路 322 的长度， 从而对于不 施加栅极偏置电压或漏极偏置电压中的一方或双方不施加而使晶体管 324 处于截止状态 的情况下的输入阻抗， 能够调整特性阻抗。
进而， 阻抗控制单元 330 通过使晶体管导通 / 截止， 调整晶体管 324 的漏极端子 325、 栅极端子 326 中的某一方或两方的偏置电压条件， 从而可改变作为 PA321 的增益。通 过调整偏置电压条件， 能够改变从发送系统至接收系统的折回信号的强度， 所以能够在使 用高增益模式或低增益模式而使 PA122 或 LNA151 动作的各种状态中校正失真。 另外， 在上述说明中， 以阻抗调整电路 320 具有 PA321 作为结构要素的结构为例进 行了说明， 但并不限于此， 阻抗调整电路 320 例如也可以使用开关来构成。阻抗控制单元 330 通过使开关接通 / 关断 (ON/OFF)， 能够使阻抗条件变化， 所以能够对应通常发送接收模 式及失真校正模式的双方。
另外， 在以上的说明中， 说明了将输入传输线路 322 及输出传输线路 323 串联地插 入在分支电路 310-1、 310-2 和 PA321 之间的结构， 但例如也可以将输入传输线路 322( 输出 传输线路 323) 相对接地保持电位的状态下配置在分支电路 310-1(310-2) 和 PA321 之间， 而构成开路短截线 (OPEN stub) 或短路短截线 (SHORT stub)。 在该结构中也可以获得同样 的结果。
另外， 在以上的说明中， 说明了在 PA122 的后级、 LNA151 的前级分别配置分支电路 310-1、 310-2 的结构， 但并不限于此。例如， PA122 或 LNA151 具有系统上充分的宽带性或 线性， 另一方面， 在需要无线发送处理单元 121 或无线接收处理单元 152 的失真校正的情况 下， 也可以分别将分支电路 310-1 配置在无线发送处理单元 121 和 PA122 之间， 将分支电路 310-2 配置在 LNA151 和无线接收处理单元 152 之间。
进而， 如图 11 所示也可以采用下述结构， 即， 除了分支电路 310-1、 310-2 以外， 也 可以分别在无线发送处理单元 121 和 PA122 之间新配置分支电路 420-1， 在 LNA151 和无线 接收处理单元 152 之间新配置分支电路 420-2， 并可以在分支电路 420-1、 420-2 之间新追 加阻抗调整电路 430。由此， 由于能够形成 2 系统的从发送系统至接收系统的折回路径， 所 以具有以下优点， 即， 例如， 能够分开无线发送处理单元 121 和 PA122 的失真分量， 或者分开 LNA151 和无线接收处理单元 152 的失真分量。
2010 年 3 月 2 日提交的特愿第 2010-045479 号中包含的说明书、 附图和说明书摘 要的公开内容都引用于本申请。
工业实用性
本发明的无线通信装置及无线通信方法， 作为接收功率对应于使用了毫米波段的 近距离无线通信等的发送接收间距离的变化而发生变化的无线通信系统中的无线通信装 置等是有用的。